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第1章　计算机系统概述1

1.1　计算机的基本概念1

1.1.1 电子数字计算机的基本含义1

1.1.2　计算机的特点1

1.1.3　计算机的分类1

1.1.4　计算机的主要性能指标3

1.2　计算机的发展历程4

1.2.1　现代计算机的发展4

1.2.2　我国计算机的发展4

1.3 计算机系统的硬件结构5

1.3.1　“存储程序控制”的概念5

1.3.2　冯·诺依曼计算机硬件结构6

1.3.3 计算机的各功能部件简介7

1.4　计算机系统的软件结构8

1.4.1　计算机软件的组成及分类8

1.4.2　计算机软件的发展9

1.5　计算机系统的层次结构9

1.5.1　计算机系统的多级层次10

1.5.2　软、硬件关系10

1.6　计算机处理问题的过程10

1.6.1　计算机处理问题的一般步骤10

1.6.2　计算机执行指令的过程10

1.7　计算机的应用领域11

1.8　习题11

第2章　计算机中数据表示12

2.1　数据的编码12

2.2　数值数据的编码表示12

2.2.1　进位计数制及其各进位制数之间的转换13

2.2.2　定点与浮点表示16

2.2.3　编码系统17

2.2.4　浮点数的编码表示21

2.2.5　无符号数的表示23

2.2.6　十进制数的二进制编码23

2.3　非数值数据的编码表示24

2.3.1　逻辑数据24

2.3.2　字符数据25

2.4　数据校验25

2.4.1　奇偶校验26

2.4.2　海明校验28

2.4.3　循环冗余校验31

2.5　习题34

第3章　运算方法与运算器35

3.1　定点数加减法运算35

3.1.1　补码加法运算35

3.1.2　补码减法运算35

3.1.3　溢出判断36

3.2　定点数乘法运算38

3.2.1　原码乘法39

3.2.2　补码乘法42

3.3　定点数除法运算47

3.3.1　原码恢复余数除法48

3.3.2　原码加减交替除法49

3.3.3　并行阵列除法器50

3.4　浮点数运算52

3.4.1　浮点数的加减法运算52

3.4.2　浮点数的乘除法运算55

3.5　定点运算器57

3.5.1　加法器57

3.5.2　算术逻辑运算单元60

3.6　浮点运算器简介64

3.7　习题64

第4章　存储系统66

4.1　存储器概述66

4.1.1　存储器分类66

4.1.2　存储器的分级结构67

4.1.3　存储器的技术指标69

4.2　主存储器70

4.2.1 SRAM存储器70

4.2.2 DRAM存储器75

4.2.3　主存储器与CPU的连接79

4.2.4　只读存储器81

4.2.5　闪速存储器83

4.3　并行存储器83

4.3.1　双端口存储器83

4.3.2　多体交叉存储器84

4.3.3　相联存储器86

4.4 Cache87

4.4.1 Cache的基本原理87

4.4.2　主存与Cache的地址映像88

4.4.3　替换算法90

4.4.4　写策略91

4.5　虚拟存储器92

4.5.1　虚拟存储器的基本概念92

4.5.2　虚拟存储器的特点93

4.5.3　页式虚拟存储器93

4.5.4　段式虚拟存储器95

4.5.5　段页式虚拟存储器96

4.6 习题97

第5章　指令系统99

5.1　指令系统的发展与性能要求99

5.1.1　指令系统的发展99

5.1.2　对指令系统性能的要求100

5.2　指令格式100

5.2.1　操作码100

5.2.2　地址码102

5.2.3　指令字长度103

5.2.4　指令助记符104

5.3　寻址方式104

5.3.1　指令的寻址方式105

5.3.2　操作数的寻址方式106

5.3.3　堆栈寻址方式110

5.4　指令系统举例112

5.4.1 Pentium指令系统的指令格式112

5.4.2 Pentium指令系统的寻址方式113

5.5　复杂指令系统与精简指令系统114

5.5.1　复杂指令系统计算机114

5.5.2　精简指令系统计算机115

5.6　习题115

第6章　中央处理器118

6.1　控制器的功能与组成118

6.1.1　控制器的功能118

6.1.2　控制器的组成119

6.1.3　指令执行过程举例120

6.2　微程序控制器的基本工作原理123

6.2.1　微程序控制的基本概念123

6.2.2　实现微程序控制的基本原理124

6.3　微程序设计技术130

6.3.1　微指令的编译法130

6.3.2　微程序流的控制132

6.3.3　微指令的格式135

6.3.4　微程序控制存储器和动态微程序设计136

6.3.5　微程序设计语言139

6.4　组合逻辑控制的计算机141

6.4.1　时序与节拍141

6.4.2　操作控制信号的产生142

6.4.3　组合逻辑控制器的组成146

6.4.4　组合逻辑控制器与微程序控制器的比较147

6.5　控制器的控制方式147

6.6　指令流水线技术149

6.6.1　流水线与超标量流水线149

6.6.2　超流水线150

6.6.3　流水线中的主要问题及动态流水线151

6.7　习题152

第7章　模型计算机设计156

7.1 设计思想156

7.2　运算器设计156

7.2.1　运算器数据通路方案156

7.2.2　运算器数据通路调试157

7.3　存储器设计159

7.3.1　存储器数据通路方案159

7.3.2　存储器数据通路调试159

7.4　时序电路设计160

7.4.1　对启／停电路的要求160

7.4.2　启／停电路的工作过程161

7.4.3　节拍脉冲形成电路161

7.5　数据格式和指令系统设计163

7.5.1　数据格式163

7.5.2　寻址方式164

7.5.3　指令系统设计164

7.5.4　面板控制指令167

7.6　整机数据通路设计168

7.7　指令的微程序操作流程171

7.8　微程序控制器设计172

7.9　指令的执行过程举例181

7.10　习题182

第8章　总线系统184

8.1　总线的概念及结构184

8.1.1　总线的基本概念184

8.1.2　总线的连接方式185

8.1.3　总线结构对计算机系统性能的影响187

8.1.4　总线的内部结构187

8.2　总线接口189

8.2.1　信息的传递方式189

8.2.2　总线接口的基本概念190

8.3　总线仲裁192

8.3.1　集中式仲裁192

8.3.2　分布式仲裁194

8.4　总线定时194

8.4.1 同步定时194

8.4.2　异步定时195

8.5　总线数据的传送模式196

8.6　常用的系统总线196

8.6.1 ISA总线196

8.6.2 EISA总线198

8.6.3 VESA总线199

8.6.4 PCI总线200

8.6.5 Future bus+总线简介203

8.7　外部总线实例204

8.7.1 RS-232C总线204

8.7.2 USB总线205

8.7.3　IEEE 1394208

8.7.4 IDE/EIDE总线接口210

8.7.5 SCSI总线接口211

8.8　习题213

第9章　I/O接口214

9.1 I/O接口的功能与类型214

9.1.1　I/O接口的基本功能215

9.1.2 I/O接口的基本类型215

9.2 I/O接口的结构216

9.2.1　接口硬件的结构216

9.2.2　接口软件218

9.3　I/O接口的编址方式218

9.3.1 I/O端口与存储器单元统一编址219

9.3.2 I/O端口独立编址219

9.4 I/O接口的数据传送机制221

9.4.1　无条件传送方式及其接口221

9.4.2　程序查询方式222

9.5　程序中断方式224

9.5.1 中断的功能、类型与过程管理224

9.5.2　程序中断的基本接口226

9.5.3　单级中断与多级中断227

9.6 DMA方式230

9.6.1 DMA的几种传送方式231

9.6.2 DMA控制器232

9.7　通道方式234

9.7.1　通道的概念234

9.7.2　通道的功能235

9.7.3　通道的类型237

9.8　习题238

第10章　外部设备240

10.1　外部设备概述240

10.1.1　外部设备的功能240

10.1.2　外部设备的分类240

10.2　输入设备241

10.2.1　键盘241

10.2.2　鼠标244

10.2.3　光笔、游动标和图形板246

10.2.4　触摸屏246

10.2.5　声音输入／输出设备——声卡248

10.2.6　图形与文字输入设备——扫描仪251

10.2.7　数码相机／摄像机252

10.3　输出设备253

10.3.1　显示器253

10.3.2　打印机257

10.4　外存储器设备264

10.4.1　硬磁盘存储设备264

10.4.2　光盘存储设备267

10.5　习题270

附录271

附录A　模型计算机总图271

附录B　模型计算机微指令总表273

参考文献276